Definición – El transformador de potencial puede definirse como un transformador de medida utilizado para la transformación de tensión de un valor superior a un valor inferior. Este transformador reduce el voltaje a un valor lÃmite seguro que se puede medir fácilmente con un instrumento ordinario de bajo voltaje como un voltÃmetro, vatÃmetro y medidores de vatios-hora, etc.
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Construcción de Transformador de Potencial
El transformador de potencial está fabricado con un núcleo de alta calidad que funciona con una densidad de flujo baja, por lo que la corriente de magnetización es pequeña. El terminal del transformador debe diseñarse de modo que la variación de la relación de voltaje con la carga sea mÃnima y el cambio de fase entre el voltaje de entrada y salida también sea mÃnimo.
El devanado primario tiene una gran cantidad de vueltas y el devanado secundario tiene una cantidad muy pequeña de vueltas. Para reducir la reactancia de fuga, se utiliza el devanado coaxial en el transformador de potencial. El costo del aislamiento también se reduce al dividir el devanado primario en las secciones que reducen el aislamiento entre las capas.
Conexión del Transformador de Potencial
El transformador de potencial está conectado en paralelo con el circuito. Los devanados primarios del transformador de potencial están conectados directamente al circuito de potencia cuyo voltaje se va a medir. Los terminales secundarios del transformador de potencial están conectados al instrumento de medición como el voltÃmetro, el vatÃmetro, etc. Los devanados secundarios del transformador de potencial están acoplados magnéticamente a través del circuito magnético de los devanados primarios.
El terminal primario del transformador tiene una capacidad nominal de 400 V a varios miles de voltios, y el terminal secundario siempre tiene una capacidad nominal de 400 V. La relación entre el voltaje primario y el voltaje secundario se denomina relación de transformación o relación de giro.
Tipos de Transformador de Potencial
El transformador de potencial se clasifica principalmente en dos tipos, es decir, los tipos de devanado convencional (tipos electromagnéticos) y los transformadores de potencial de tensión de condensador.
El transformador de tipo bobinado convencional es muy costoso debido a los requisitos de aislamiento. El transformador de potencial de capacitor es una combinación de divisor de potencial de capacitor y un transformador de potencial magnético de relación relativamente pequeña.
El diagrama de circuito del transformador de potencial del capacitor se muestra en la siguiente figura. La pila de condensadores de alto voltaje del divisor potencial, los condensadores de dos secciones se convierten en C1 y C2, y la Z es la carga.
La tensión aplicada al primario del transformador intermedio suele ser del orden de 10 kV. Tanto el divisor de potencial como el transformador intermedio tienen requisitos de relación y aislamiento adecuados para una construcción económica.
El transformador intermedio debe tener un error de relación muy pequeño y el ángulo de fase proporciona el rendimiento satisfactorio de la unidad completa. El voltaje del terminal secundario viene dado por la fórmula que se muestra a continuación.
Errores de relación y ángulo de fase del transformador de potencial
En un transformador de potencial ideal, el voltaje primario y secundario es exactamente proporcional al voltaje primario y exactamente en oposición de fase. Pero esto no se puede lograr prácticamente debido a las caÃdas de tensión primaria y secundaria. Por lo tanto, tanto el voltaje primario como el secundario se introducen en el sistema.
Error de relación de voltaje – El error de relación de tensión se expresa en relación con la tensión medida y viene dado por la fórmula que se muestra a continuación.
Donde Kn es la relación nominal, es decir, la relación entre la tensión nominal primaria y la tensión nominal secundaria.
Error de ángulo de fase – El error de ángulo de fase es el error entre el voltaje del terminal secundario que está exactamente en oposición de fase con el voltaje del terminal primario.
Los aumentos en el número de instrumentos en el relé conectado al secundario del transformador de potencial aumentarán los errores en los transformadores de potencial.
Carga de un transformador potencial
La carga es la carga externa total de voltios-amperios en el secundario al voltaje secundario nominal. La carga nominal de un PT es una carga de VA que no debe excederse si el transformador debe funcionar con su precisión nominal. La carga nominal se indica en la placa de identificación.
La carga lÃmite o máxima es la mayor carga de VA a la que el transformador de potencial operará continuamente sin sobrecalentar sus devanados más allá de los lÃmites permisibles. Esta carga es varias veces mayor que la carga nominal.
Diagrama fasorial de un transformador de potencial
El diagrama fasorial del transformador de potencial se muestra en la siguiente figura.
Donde, Es – corriente secundaria
Es – fem inducida secundaria
Vs – voltaje terminal secundario
Rs – resistencia del devanado secundario
Xs – reactancia del devanado secundario
Ip – Corriente primaria
Ep: fem principalmente inducida
Vp – voltaje terminal primario
Rp – resistencia del devanado primario
Xp – reactancia del devanado primario
Kt – relación de giro
Io – corriente de excitación
Im – componente magnetizante de Io
Iw Рcomponente de p̩rdida de n̼cleo de Io
Φm – flujo principal
Β- error de ángulo de fase
Se toma como referencia el flujo principal. En un transformador de medida, la corriente primaria es la suma vectorial de la corriente de excitación Io y la corriente igual a la corriente secundaria de inversión I se multiplica por la relación de 1/kt. El Vp es el voltaje aplicado a la terminal primaria del transformador potencial.
Las caÃdas de voltaje debido a la resistencia y la reactancia del devanado primario debido a la corriente primaria están dadas por IpXp e IpRp. Cuando la caÃda de tensión se resta de la tensión primaria del transformador de potencial, la fem inducida principalmente aparecerá entre los terminales.
Esta fem primaria del transformador se transformará en devanado secundario por inducción mutua y se convertirá en fem inducida secundaria Es. Esta fem caerá por la resistencia y la reactancia del devanado secundario, y el voltaje resultante aparecerá a través del voltaje del terminal secundario, y se denota por Vs.
Aplicaciones del transformador de potencial
- Se utiliza para un propósito de medición.
- Para la protección de los comederos.
- Para proteger la impedancia de los generadores.
- Para sincronizar los generadores y alimentadores.
Los transformadores de potencial se utilizan en el esquema de relés de protección porque las bobinas de potencial del dispositivo de protección no están directamente conectadas al sistema en caso de alta tensión. Por lo tanto, es necesario reducir el voltaje y también aislar el equipo de protección del circuito primario.
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